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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,生物标志化合物,教学目标,掌握生物标志化合物概念、类别、图谱识别和应用。,主要内容,生物标志化合物概念,生物标志化合物类别,生物标志化合物图谱识别,生物标志化合物应用,重点及难点,图谱识别及其应用,第1页,1936,年德国科学家,Treibs,从石油和沉积物中检测出叶绿素和钒卟啉；,60,年代初人们从石油中检测出植烷和姥鲛烷；,1964,年英国科学家,Eglinton,最先提出“生物标志化合物”（,Biological Markers,）概念；,随即出现“化学化石”（,Chemical Fossil,）、“分子化石”（,Molecular Fossil,）、“分子标志物”（,Molecular Markers,）、“地球化学化石”（,Geochemical Fossil,）等概念。,一、生物标志化合物概念,（一）概念,生物标志化合物（,Biomarkers,）是指沉积有机质、原油、油页岩、煤中那些,起源于活生物体,，在有机质演化过程中含有一定稳定性，,没有或较少发生改变,，基本,保留了原始生化组分碳骨架,，记载了原始生物母质,特殊分子结构信息,有机化合物。所以，它们含有特殊“,标志作用,”。,第2页,CH,3,H,CH,3,HO,H,H,H,H,CH,3,CH,3,CH,3,胆固醇（胆甾醇）,-,胡萝卜素,-,胡萝卜烷,胆甾烷,一、生物标志化合物概念,第3页,常见生物标志化合物类型,包含正构烷烃、无环异戊二烯烷烃、萜烷、甾烷、以及芳烃化合物,1,、正构烷烃,300,80,5/min,1,、正构烷烃,1,、正构烷烃,二、常见生物标志化合物介绍,第4页,二、常见生物标志化合物介绍,C,15,(,法尼烷,)2,6,10-,三甲基十二烷,C,16,(,异十六烷,)2,6,10-,三甲基十三烷,C,18,(,降姥鲛烷,)2,6,10-,三甲基十五烷,C,19,(,姥鲛烷,)2,6,10,14-,四甲基十五烷,C,20,(,植烷,)2,6,10,14-,四甲基十六烷,2,、无环异戊二烯类烷烃,头,尾,异戊间二烯（,C,5,),第5页,沉积物中姥鲛烷和植烷起源于叶绿素植醇侧链，在含氧条件下植醇先形成植烷酸，接着脱官能团（脱羧基）形成姥鲛烷；在还原条件下，植醇保留,iC,20,骨架，加氢形成植烷。,二、常见生物标志化合物介绍,2,、无环异戊二烯类烷烃,第6页,二、常见生物标志化合物介绍,2,、无环异戊二烯类烷烃,第7页,二、常见生物标志化合物介绍,2,、无环异戊二烯类烷烃,第8页,“萜”，实际上是一个环状异戊二烯类化合物，因为它碳骨架是由两个或更多个异戊二烯结构单元以头尾相连形式组成。,单萜,两个异戊二烯单位,(C,10,),倍半萜,三个异戊二烯单位,(C,15,),双萜,四个异戊二烯单位,(C,20,),三萜,六个异戊二烯单位,(C,30,),四萜,八个异戊二烯单位,(C,40,),在石油中最常见萜烷有,m/z191,五环三萜烷（藿烷与非藿烷）、长链三环萜烷，,m/z123,三环二萜烷、双环倍半萜烷。,二、常见生物标志化合物介绍,3,、萜类化合物,第9页,二、常见生物标志化合物介绍,演化路径,3,、萜类化合物,第10页,非藿烷结构五环三萜烷化合物主要有奥利烷、羽扇烷、伽马蜡烷等，它们普通都含有一定生源意义。,18a(H)-,奥利烷,被认为是,白垩系或更年青时代高等植物标志物,，可能起源于桦木醇和,被子植物,中五环三萜烯。,伽马蜡烷,被认为起源于四膜虫中四膜虫醇，该化合物为细胞膜类脂，广泛分布于原生动物和光合作用细菌或其它生物体中。伽马蜡烷被认为是,咸水还原沉积环境标志物,，所以伽马蜡烷含有显著生源意义。,在沉积物和原油中还判定出了其它五环三萜类。普通来说，除伽马蜡烷外，其它均为高等植物成因。,二、常见生物标志化合物介绍,五环三萜烷,非藿烷系列,3,、萜类化合物,第11页,四环萜烷,四环萜烷也较广泛分布于原油和岩石抽提物中。,Aquino Neto,等（,1983,）认为这个系列化合物由,五环三萜烷类经热降解或生物降解,而成。当前发觉该系列化合物分布于,C,24,C,27,，有可能分布到,C,35,（,Peters,等，,1993,），常以,C,24,丰度最高。,二、常见生物标志化合物介绍,3,、萜类化合物,第12页,长链三环萜烷,长链三环萜结构特征是环上带有一个异戊二烯结构单元长链，在油和沉积物中广泛分布，普通以,C,19,C,30,为主，但在一些原油中也检测出了,C,19,C,45,三环萜，甚至碳数更高，可达,C,54,。三环萜比藿烷抵抗生物降解能力更强，且它出现意味着原油或沉积物成熟度可能更高。,二、常见生物标志化合物介绍,3,、萜类化合物,第13页,三环二萜类,二萜类广泛分布于高等植物，尤其是树脂中，但在原油和烃源岩中二萜类报道较少，仅有少数报道主要包括加拿大马更些三角洲原油、澳大利亚、印度尼西亚以及新西兰原油。相关二萜类成因，许多学者都比较一致地认为起源于,树脂类化合物,（,Philp,，,1981,；,Sonwdon,等，,1980,；王铁冠等，,1990,）。当前在原油和沉积物中发觉二萜类化合物都含有松香酸或海松酸结构。,二、常见生物标志化合物介绍,3,、萜类化合物,第14页,双环倍半萜,长链二环倍半萜普通比较少见，多数为,C,14,、,C,15,和,C,16,三个碳数分布。,关于倍半萜成因，许多学者提出了不一样观点。,Bendoraitis,（,1974,）认为它们可能来自相关环状萜类生物或热降解；,Alexander,等（,1983,）认为,C,15,4,(H)-,桉叶油烷与植物中桉叶油醇相关，,8,(H)-,锥满烷起源于细菌中锥满醇。,Van Aarsen,等（,1987,）和,Noble,等（,1989,）认为倍半萜类可能与树脂相关。由此可见倍半萜类化合物能够指示不一样母质起源,二、常见生物标志化合物介绍,3,、萜类化合物,第15页,二、常见生物标志化合物介绍,4,、甾烷化合物,第16页,生物合成异构烷烃组分中，以,2-,甲基（异构）和,3-,甲基（反异构）取代烃含量最高。对植物中烷烃组分分析结果表明：其中异构烷烃组成远没有理论计算那样繁多。,异构烷烃（,2-,甲基,-,烷烃）,反异构烷烃（,3-,甲基,-,烷烃）,X,型异构烷烃,如,C,30,H,62,理论可能有,41,亿种以上异构体，但生物体内实际只有三种，即正构烷烃、以,2-,甲基烷烃和,3-,甲基烷烃。而且正构烷烃烷烃含量大大超出异构烷烃，这说明生物体中烃类组成比较简单。,在沉积岩和原油中还检测出一个异构体,X,型烷烃化合物。,5,、,异构和反异构烷烃,二、常见生物标志化合物介绍,第17页,生物体内三大色素：叶绿素、血红素和胡萝卜素、叶黄素等植物色素，其中，叶绿素和血红素基本结构都含有卟吩核,卟啉是第一个从原油中分离出来生物标志化合物，它是石油有机成因假说有力证据。,卟吩核中四个吡咯环上八个 基团有甲基、乙基、苯基、乙烯基、羟基、羧基等，能够形成一系列卟啉化合物。,卟吩核中间空隙能够共价键或配价键与不一样金属络合：叶绿素中是镁、血红素中是铁。石油中卟啉是镍或钒。,6,、,卟啉化合物,二、常见生物标志化合物介绍,口口,口口,第18页,当代沉积物中，芳烃含量很低，尤其是低分子量芳烃化合物，这与活生物体中几乎不含游离芳烃是一致。,然而，在沉积岩、原油和煤中却检测出了上百种芳烃化合物和环烷芳烃化合物。这些化合物包含：,联苯系列、萘系列、菲系列、芘系列、屈系列、苝系列等。,二苯并茂,(,芴,),系列、二苯并呋喃,(,氧芴,),系列、二苯并噻吩,(,硫芴,),系列。,芳香甾烷系列（单芳甾烷、三芳甾烷）。,O,S,R,R,7,、,芳烃化合物,二、常见生物标志化合物介绍,第19页,nC,19,nC,20,nC,21,nC,22,nC,23,nC,24,nC,25,nC,26,nC,27,nC,28,nC,29,nC,30,nC,31,nC,32,nC,33,nC,34,nC,18,nC,17,nC,16,nC,15,iC,18,iC,19,Pr,iC,20,Ph,iC,16,饱和烃气相色谱图,三、常见生物标志化合物图谱识别,第20页,甾烷质量色谱图识别,三、常见生物标志化合物图谱识别,15,16,18,17,第21页,1,、母源输入和沉积环境,正构烷烃,正构烷烃、异戊二烯类烷烃一些指标能够用来研究母质类型，但要注意是用正构烷烃研究母质类型时，必须用低成熟或未成熟成熟度相近烃源岩，方便排除成熟度影响。,不一样有机质正构烷烃分布特征,低等水生生物富含类脂化合物，正构烷烃中低碳数成份占优势，轻重烃比大，而高等植物则富含蜡，高碳数成份占优势，轻重比小,四、生物标志化合物应用,nC,21-,/nC,22+,nC,21,+nC,22,nC,28,+nC,29,第22页,姥鲛烷,/,植烷比值（,Pr/Ph,）,四、生物标志化合物应用,1,、母源输入和沉积环境,无环异戊二烯烃类广泛地应用于油源对比和恢复沉积环境。其中姥鲛烷和植烷最丰富并普遍存在，成为最惯用标志化合物。,普通在盐湖相石油形成于强还原环境，具植烷优势和正烷烃偶碳优势，,Pr,Ph,1,3,；湖相烃源岩生成石油形成于还原环境，,Pr,Ph,为,1,3,；湖沼相石油形成于弱氧化环境，姥鲛烷优势显著，,Pr,Ph,3,；在煤系地层中,Pr/Ph,值很高。,植烷优势经常伴伴随高伽马蜡烷为特征，同时，高氧芴、低硫芴为特征。,第23页,甾烷,四、生物标志化合物应用,1,、母源输入和沉积环境,第24页,萜烷,萜烷中除藿烷系列外，还往往含有一定相对丰度降海松烷、降松香烷之类三环二萜以及奥利烷、螺旋三萜烷、,-,羽扇烷等非藿烷系列五环三萜烷。,母质类型很好偏腐泥型烃源岩和由藻类形成腐泥煤以及还未出现高等植物海相奥陶系灰岩中，不存在松香烷、海松烷类三环二萜。,四、生物标志化合物应用,1,、母源输入和沉积环境,第25页,四、生物标志化合物应用,1,、母源输入和沉积环境,卟啉化合物,陆相泥岩及原油中镍卟啉含量高于钒卟啉（,Ni/V,1.0,），而海相碳酸盐岩及原油中则以钒卟啉为主（,V/Ni,1.0,）。,第26页,作为生物输入和沉积环境指示物非环状生物标志化合物,四、生物标志化合物应用,1,、母源输入和沉积环境,第27页,2,、确定时代,在地质历史中，生物发育与分布含有时代特征，所以一些生物标志化合物形成和分布随地质时代而改变，反应生物界演化。,四、生物标志化合物应用,第28页,3,、成熟作用,自,20,世纪,60,年代早期以来，人们一直将正构烷烃,OEP,值（或,CPI,）视为经典成熟度指标，不过它只能判别有机质是否成熟，却不能深入划分不一样热演化阶段，在生物标志物中反应成熟度参数主要有：,四、生物标志化合物应用,重排甾烷,规则甾烷,第29页,3,、成熟作用,四、生物标志化合物应用,S,R,R,S,第30页,萜烷,多数生物合成藿烷都含有,l7,（,H,）,21,（,H,）构型,成熟原油和源岩中藿烷以,l7,（,H,）,21,（,H,）构型为主,未成熟,-,低熟原油和页岩中都有,l7,（,H,）,21,（,H,）构型（莫烷）,藿烷热稳定性次序是,。,C,31,S/R+S,Ts/Tm,应用比较广泛，但它与重排甾烷,/,规则甾烷一样，有一些不足。它不但与成熟度相关，还与物源、岩性等相关，应用是要注意。,四、生物标志化合物应用,3,、成熟作用,第31页,四、生物标志化合物应用,3,、成熟作用,甲基菲指数,(MPI-1)=,1.5(2-MP+3-MP),P+1-MP+9-MP,甲基菲指数,(MPI-2)=,32-MP,P+1-MP+9-MP,P,：菲,MP,：甲基菲,Ro=0.60MPI+0.40,（,0.65%Ro,1.35%,）,Ro=-0.60MPI+2.30,（,1.35%Ro,2.00%,）,第32页,依据生物标志化合物特征，可将生物降解程度划分为,10,级,1-,正构烷烃轻度损失；,2-,正构烷烃普通损失；,3-,正构烷烃少许保留；,4-,无正构烷烃、无环异戊二烯类烷烃无损失；,5-,缺无环异戊二烯类烷烃；,6-,甾烷降解，重排甾烷无损失；,7-,甾烷降解，重排甾烷无损失；,8-,藿烷部分降解；,9-,藿烷损失，重排甾烷受到影响；,10-C,36,-C,39,芳香甾烷类受到影响,四、生物标志化合物应用,4,、生物降解,第33页,5,、油气运移,四、生物标志化合物应用,Seifert,等（,1981,）在试验研究基础上，提出了“运移指数”方法，他们认为一些甾烷参数，如,5,（,H,），,14,（,H,），,17,（,H,）,-20S,甾烷,/5,（,H,），,14,（,H,），,17,（,H,）,-20R,甾烷比值在石油运移过程中不受地质色层效应影响；而另一些甾烷参数，如,14,（,H,），,17,（,H,）,-20R,甾烷比值既受成熟度影响，又受地质色层效应影响。他们提出分别用上述两组参数为横坐标和纵坐标作图，即可得到能判别运移现象及运移程度立体化学改变图。,第34页,
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